1868 г., и англичанин Дж. Н. Локьер — 20 октября того же года. Письма обоих ученых пришли в Париж в один день и были зачитаны на заседании Парижской академии наук 26 октября с интервалом в несколько минут. Академики, пораженные столь странным совпадением, приняли постановление выбить в честь этого события золотую медаль.
На Земле больше всего изотопа с 2 нейтронами — гелия-4, а легкого стабильного изотопа гелия-3 намного меньше. В основном земной гелий образуется при радиоактивном распаде ура-на-238, урана-235, тория и нестабильных продуктов их распада. Несравнимо меньшие количества гелия дает медленный распад самария-147 и висмута.
Все эти элементы порождают только тяжелый изотоп гелия, чьи атомы можно рассматривать как останки альфа-частиц, захороненных в оболочке из двух спаренных электронов.
В 1881 г. об открытии гелия в вулканических газах сообщил итальянский ученый Пальмиери. Однако его сообщение, впоследствии подтвержденное, мало кто из ученых принял всерьез. Вторично земной гелий был открыт Рамзаем в 1895 г.
Гелий в земной коре накапливается медленно. Одна тонна гранита, содержащая 2 г урана и 10 г тория, за миллион лет продуцирует всего 0,09 мг гелия — половину кубического сантиметра. В очень немногих богатых ураном и торием минералах содержание гелия довольно велико — несколько кубических сантиметров гелия на грамм. Однако доля этих минералов в естественном производстве гелия близка к нулю, так как они очень редки. Запасы гелия на Земле оцениваются в 5x1014 м3; судя же по вычислениям, его образовалось в земной коре за 2 млрд. лет в десятки раз больше. Такое расхождение теории с практикой вполне объяснимо. Гелий — легкий газ и, подобно водороду (хотя и медленнее), улетучивается из атмосферы в мировое пространство. Вероятно, за время существования Земли гелий нашей планеты неоднократно обновлялся — старый улетучивался в космос, а вместо него в атмосферу поступал свежий — «выдыхаемый» Землей. В литосфере гелия по меньшей мере в 200 тыс. раз больше, чем в атмосфере; еще больше потенциального гелия хранится в «утробе» Земли — в альфа-активных элементах.
Но общее содержание этого элемента в Земле и атмосфере невелико. Гелий — редкий и рассеянный газ. На 1 кг земного материала приходится всего 0,003 мг гелия, а содержание его в воздухе — 0,00052 объемного процента. Столь малая концентрация не позволяет пока экономично извлекать гелий из воздуха.
Но это не значит, что его мало повсюду во Вселенной.
По современным подсчетам, 76 % космической массы приходится на водород и 23 % на гелий; на все прочие элементы остается только 1 %! Таким образом, мировую материю можно назвать водородно- гелиевой. Эти два элемента главенствуют в звездах, планетарных туманностях и межзвездном газе. На Луне же количество гелия-3, попавшего на наш спутник из солнечного ветра, по оценкам, сотни миллионов тонн.
Всю годовую потребность Земли в энергии могут обеспечить всего 100 тонн гелия-3. Энергия может быть получена в результате термоядерной реакции синтеза гелия-3 с тяжелым изотопом водорода — дейтерием, которого на Земле чрезвычайно много.
Когда пару лет назад президент США Джордж Буш удивил мир своими амбициозными планами по колонизации Луны и Марса, аналитики высказывали предположение, что истинная, но замаскированная цель Америки состоит в добыче редкого на Земле изотопа гелия-3, запасы которого на Луне достигают 500 млн. тонн. Это идеальный материал для термоядерной реакции, которая повторяет процессы синтеза, раскаляющие Солнце и все звезды на небосклоне.
Далекие материи, неземные проблемы, скажете Вы?
Но кто-то должен думать о том, что нефть и газ на исходе, урана на планете тоже немного, альтернативная энергетика вроде солнечных батарей, приливных станций и ветроэнергетики покрывает лишь малые потребности. Если жить одним днем, затыкать тех, кто кажется прожектером, неизбежно придешь к глобальной энергетической катастрофе. Возможностей ведь нам оставлено уже сейчас не так много.
Лучше всего повторить на Земле то, что происходит в недрах Солнца.
Термояд на гелии — это неисчерпаемые резервы энергии, которые впервые окажутся экологически безвредными. На выходе из реактора — протоны, обладающие мизерной радиоактивностью и не способные проникать внутрь материала.
В США гелиевая энергетика в большем почете. Недавно в одной из лабораторий американцам удалось ненадолго зажечь эту реакцию при помощи лазерного возбуждения. Но среди многих проблем самая неразрешимая в том, что на Земле гелия-3 днем с огнем не сыскать.
Вам это не напоминает начало моей книги?
Только вот кого-то не хватает на исторической сцене…
По словам директора Института геохимии и аналитической химии РАН академика Эрика Галимова, содержание гелия-3 на Луне в 10 тысяч раз выше, чем на Земле.
Не надо думать, что его на Луне можно черпать ложкой. Чтобы добыть 1 тонну изотопа, надо вскрыть лунный грунт площадью 20 тысяч квадратных километров на глубину 3 метра. Чтобы покрыть все земные потребности в энергетике, надо привезти домой 100 тонн гелия-3. Перед этим надо провести геологическую разведку, построить лунную базу и заводы по сжижению гелия, создать роботов, обучить вахтенных операторов. А на Земле надо научиться удерживать плазму в термоядерной реакции. И вот тогда мы и прикоснемся к скрытой звездной энергии гелия.
Одним словом, нам надо сделать революцию. Иначе— назад, в пещеры.
Либо же не заморачиваться на рытье лунного грунта. И это уже человеческой мыслью продумано. Только вот дорожка за готовым жидким гелием будет гораздо длиннее, чем к планете Марс. Гелий обильно представлен в атмосфере Юпитера: по одним данным его там 33 %, по другим — 17 %. Это открытие легло в основу сюжета одного из рассказов известного американского ученого и писателя-фантаста А. Азимова «Непреднамеренная победа».
Айзек Азимов — блестящий популяризатор науки. Впервые Азимов прославился как ученый. Его работы в области обмена веществ принесли ему известность в научном мире. Это прежде всего относится к капитальному труду «Биохимия человека».
И в своей писательской работе Айзек основывается на строгих логических предположениях. Около двадцати его фантастических романов, повестей, рассказов построены на данных современной науки. Конечно, писатель выдумывает, строит гипотезы, но это почти всегда обоснованные догадки, вытекающие из большого научного опыта.
В центре повествования — план доставки гелия с Юпитера, а то и заброски на ближайший спутник этой планеты — Юпитер V — армады кибернетических машин на криотронах. Погрузившись в жидкий гелий атмосферы Юпитера (сверхнизкие температуры и сверхпроводимость — необходимые условия для работы криотронов), эти машины превратят Юпитер V в мозговой центр Солнечной системы…
Жидкий гелий при сколь угодно близкой к абсолютному нулю температуре не затвердевает, если, помимо температуры, на него не действует давление в 25 или больше атмосфер. Второго такого вещества в природе нет. Посему, кроме Айзека Азимова, исключительный интерес проявляют и современные ученые к жидкому гелию.
Во-первых, это самая холодная жидкость. Во-вторых, это самая легкая из жидкостей с минимальной величиной поверхностного натяжения.
При температуре 2,172 °К происходит скачкообразное изменение свойств жидкого гелия. Образующаяся разновидность условно названа гелием II. Гелий II кипит совсем не так, как прочие жидкости, он не бурлит при кипении, поверхность его остается совершенно спокойной. Гелий II проводит тепло в 300 млн. раз лучше, чем обычный жидкий гелий (гелий I). Вязкость гелия II практически равна нулю, она в тысячу раз меньше вязкости жидкого водорода. Поэтому гелий II обладает сверхтекучестью — способностью вытекать без трения через капилляры сколь угодно малого диаметра.
При температуре жидкого гелия многие металлы и сплавы становятся сверхпроводниками. Сверхпроводниковые реле — криотроны все шире применяются в конструкциях электронно-вычислительных машин. Они просты, надежны, очень компактны. Сверхпроводники, а с ними и жидкий гелий становятся необходимыми для электроники. Они входят в конструкции детекторов инфракрасного излучения, молекулярных усилителей (мазеров), оптических квантовых генераторов (лазеров), приборов для измерения
